蓋世汽車訊 鋅空氣電池通過空氣中的氧與鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力,有望替代鋰離子電池,滿足新一代電動汽車的需求。理論上來講,其具備充電電池的所有必要特征,如能量密度高、爆炸風(fēng)險少、環(huán)保和材料成本低。
(圖片來源:sciencedirect)
據(jù)外媒報道,韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種技術(shù),利用太陽能(000591)來提高鋅空氣電池的電化學(xué)性能。這是充電電池領(lǐng)域的新興研發(fā)方向。
該團(tuán)隊開發(fā)的這種電池,利用具有交替能級半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光活性雙功能空氣電催化劑,明顯提高氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的效率,以產(chǎn)生電力。這種光活性雙功能催化劑是一種化合物,通過吸收光能來加速化學(xué)反應(yīng),與傳統(tǒng)鋅空氣電池催化劑相比,其光吸收能力更強(qiáng)。
在鋅空氣電池中,以金屬和空氣分別作為電池的負(fù)、正極。氧作為正極活性材料,必須交替進(jìn)行OER和ORR,以轉(zhuǎn)換電能。因此,正極集流器(由碳材料制成)的催化活性,是決定鋅空氣電池能量密度和整體電芯效率的重要因素。
KIST研究團(tuán)隊重點關(guān)注p-n異質(zhì)結(jié),這是太陽能電芯和半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元,以提升鋅空氣電池中遲緩的催化活性。其目標(biāo)是利用半導(dǎo)體中發(fā)生電子運(yùn)動的界面特性,加速氧生成-還原過程。為此,研究人員利用n型半導(dǎo)體(石墨相氮化碳,g-C3N4)和ap型半導(dǎo)體(CuZIF-67),合成了具有異質(zhì)結(jié)帶隙結(jié)構(gòu)的正極材料。
此外,研究人員在真實的無光條件下進(jìn)行了一項實驗,以驗證具有交替能級p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光活性雙功能催化劑的商業(yè)潛力。該電池原型的能量密度達(dá)到731.9 mAh gZn-1,與現(xiàn)有鋅空氣電池的最佳性能相當(dāng)。在有太陽光的情況下,能量密度提高了約7%,高達(dá)781.7 mAh gZn-1,具有良好的循環(huán)性能(334h,1000次循環(huán)),是已知催化劑中性能最好的。
研究人員表示,利用太陽能,有助于提高充電電池的電化學(xué)性能,也是實現(xiàn)可持續(xù)社會的重要組成部分。除了解決金屬-空氣電池的挑戰(zhàn)性問題,還希望這種催化劑能促進(jìn)半導(dǎo)體物理和電化學(xué)新融合技術(shù)的發(fā)展。
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